Aminoácidos y Proteínas

Presentación del tema: "Aminoácidos y Proteínas"— Transcripción de la presentación:

1 Aminoácidos y Proteínas
Unidad VIII Aminoácidos y Proteínas

2 Aminoácidos Compuestos que contienen un grupo carboxilo y un grupo amino unidos al mismo átomo de carbono De los 20 aminoácidos que constituyen las proteínas todos son -aminoácidos Los aminoácidos (aac) difieren unos de otros por su cadena o grupo lateral (grupo R), el cual puede variar tanto en estructura, tamaño, carga eléctrica. Glicina Alanina Fenilalanina Lisina

3 Aminoácidos Todos los aminoácidos, excepto glicina tienen unidos al átomo de carbono  cuatro grupos diferentes Este átomo será entonces un centro quiral. (los cuatro grupos pueden ocupar 2 arreglos espaciales diferentes : estereoisomeros) Glicina Alanina Fenilalanina Lisina

4 Aminoácidos Al igual que para los carbohidratos, existe una nomenclatura que ha sido desarrollada para especificar la configuración absoluta de los cuatro sustituyentes de un carbono asimétrico. SISTEMA D, L L- gliceraldehído D- gliceraldehído L- Alanina D- Alanina Los aminoácidos constituyentes de las proteínas son exclusivamente isomeros L.

5 Aminoácidos Cuando, por medio de una reacción química ordinaria, se forma un compuesto quiral el resultado es una mezcla racemica de isómero D y L. En un sistema “vivo”, los isómeros D y L son “diferentes”. Las estructuras especificas de las proteínas generalmente requiere aminoácidos de una serie estereoquímica especifica. ¡¡Las células son capaces de sintetizar específicamente los isómeros L de los aminoácidos porque los sitios de las enzimas son estereoespecificas!!.

6 Aminoácidos Clasificación de aminoácidos de acuerdo al grupo R
Si bien hay más de 500, sólo 20 forman parte de la estructura de las proteínas, recibiendo por ello el nombre de aminoácidos proteicos. Los aminoácidos se pueden agrupar en cinco clases de acuerdo a las propiedades del grupo R (en particular, su polaridad o su tendencia a interactuar con el agua al pH biológico (cercano a 7.0). 1- No polares: grupos R alifáticos (hidrofobicos) 2- Aromáticos: grupos R (hidrofobicos) 3- Polares (Grupos R sin carga) 4- Cargados Positivamente (Grupos R Basicos) 5- Cargados Negativamente (Grupos R Acidos)

7 Aminoácidos Clasificación de aminoácidos de acuerdo al grupo R
1- No polares: grupos R alifáticos (hidrofobicos) Glicina Alanina Prolina Valina (Gly) (Ala) (Pro) (Val) Leucina Isoleucina Metionina (Leu) (Ile) (Met)

8 Aminoácidos Clasificación de aminoácidos de acuerdo al grupo R
2- Aromáticos: grupos R (hidrofobicos) Fenilalanina Tirosina Triptofano (Phe) (Tyr) (Trp)

9 Aminoácidos Clasificación de aminoácidos de acuerdo al grupo R
3- Polares (Grupos R sin carga) Serina Treonina Cisteina (Ser) (Thr) (Cys) Asparagina Glutamina (Asn) (Gln)

10 Aminoácidos Clasificación de aminoácidos de acuerdo al grupo R
4- Cargados Positivamente (Grupos R Básicos) Lisina Arginina Histidina (Lys) (Arg) (His)

11 Aminoácidos Clasificación de aminoácidos de acuerdo al grupo R
5- Cargados Negativamente (Grupos R Ácidos) Ácido Aspártico Ácido Glutámico (Asp) (Glu)

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13 Aminoácidos Propiedades ácido-base de los aminoácidos
Cuando un aminoácido se disuelve en agua puede existir en solución como un ion dipolar o zwitterión Un zwitterión es un compuesto que puede actuar como un ácido y una base Medio básico Medio ácido

14 Aminoácidos Propiedades ácido-base de los aminoácidos
Las propiedades físicas de los aminoácidos están influenciados por los estados iónicos de sus grupos ionizables. Carga neta: Las sustancias con naturaleza dual se denominan también anfotericas o anfolitos Un aminoácido simple (alanina) es un ácido diprotico cuando esta completamente ionizado

15 Aminoácidos Curvas de titulación de los aminoácidos Glicina
Ante el agregado de base son posibles dos ionizaciones con sus respectivos valores de pKa Equilibrio descrito por el pKa del carboxilo Equilibrio descrito por el pKa del amino

16 Aminoácidos Ionizacion Glicina
Ante el agregado de base son posibles dos ionizaciones con sus respectivos valores de pKa Equilibrio descrito por el pKa del carboxilo Equilibrio descrito por el pKa del amino

17 Calcular el PI de Lisina

18 Aminoácidos La carga molecular neta reflejara también la presencia de un tercer grupo ionizable en la cadena lateral R. Ácido aspártico Carga neta Al pH fisiológico, el carboxilo extra de la cadena lateral existirá en estado iónico contribuyendo con una carga negativa entera a la carga neta

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20 Electroforesis En esta técnica se utiliza una corriente eléctrica controlada con la finalidad de separar biomoleculas según su tamaño y carga eléctrica Fundamento.        Cuando una mezcla de moléculas ionizadas y con carga neta son colocadas en un campo eléctrico, estas experimentan una fuerza de atracción hacia el polo que posee carga opuesta

21 En un medio de viscosidad y voltaje constante la migración será:
ELECTROFORESIS El grado de movimiento de una molécula cargada se denomina movilidad electroforetica (): Donde Q = carga de la molécula r = radio de la molécula en cm. = viscosidad del medio donde ocurre la migración V= voltaje aplicado En un medio de viscosidad y voltaje constante la migración será:

22 1- La fricción con el solvente (dificultará el movimiento)
ELECTROFORESIS El movimiento de las moléculas esta gobernado también por dos fuerzas adicionales; 1- La fricción con el solvente (dificultará el movimiento) 2- Las moléculas tienen que moverse en forma aleatoria (movimiento browniano) denominado difusión.  La suma de todas estas fuerzas provoca que las moléculas no migren de una manera homogénea, (los iones comenzaran a moverse formando un frente cuya anchura aumentara con el tiempo.)

23 ELECTROFORESIS

24 ELECTROFORESIS Pesos Moleculares

25 ELECTROFORESIS Conocida la migración relativa de la sustancia desconocida es posible estimar su masa molecular

26 Electroforesis de aminoácidos y péptidos
Puesto que los aminoácidos tienen cargas a ciertos valores de pH se mueven si se aplica un campo eléctrico, es decir polos o electrodos eléctricos, (+) y (–), a la solución. La forma catiónica (+) se mueve al polo negativo y viceversa. La forma neutra no se mueve en absoluto. Para poder predecir la dirección del movimiento de un aminoácido o péptido en un aparato de electroforesis lo primero que debe hacerse es calcular el valor de pI del mismo, a pH inferiores a pI casi todas las moléculas se encuentran en forma cationica (+) y migraran al electrodo negativo. A pH superiores al pI las moléculas serán aniónicas (-) y migraran al electrodo positivo.

27 Problema Usando los valores de los pK, indique la dirección de migración de cada uno de los componentes de una mezcla de asparagina (pK1= 2.02; pK2= 8.80, histidina (pK1= 1.82; pK2= 9.17; pKR= 6.00); y ácido aspártico (pK1= 1.88; pK2= 9. 60; pKR= 3.65); a pH = 6 en un aparato de electroforesis.

28 Péptidos

29 Péptidos Los aminoácidos se unen entre si para formar polimeros que alcanzan grandes dimensiones. Si estos polimeros contienen menos de 100 aminoácidos se denominan Péptidos A partir de 20 aminoácidos diferentes se construyen una gran cantidad de péptidos con numerosas variantes en su conformación que le permite a las proteínas funciones muy refinadas

30 Péptidos Los aminoácidos se encuentran unidos linealmente por medio de uniones peptídicas (enlaces covalentes). Estas uniones se forman por la reacción de síntesis (vía deshidratación) entre el grupo carboxilo del primer aminoácido con el grupo amino del segundo aminoácido. Residuo Amino terminal N-terminal Residuo Carboxilo terminal C-terminal Dipéptido (2 aminoácidos) enlace peptídico

31 Péptidos Pentapéptido
Cada cadena de péptido tiene un grupo -amino y -carboxilo libre La formación del enlace peptídico elimina a los grupos ionizables -amino y -carboxilo “interiores”

32 Péptidos: el enlace disulfuro
Además del enlace peptídico, el otro único tipo de enlace covalente entre los aminoácidos en los péptidos y las proteínas es el enlace disulfuro. No es común a todas las proteinas. cisteína oxidación enlace disulfuro reducción cisteína Contribuye a determinar la forma tridimensional y la estabilidad de la proteína

33 Péptidos CARÁCTER UNICO DEL POLIPEPTIDO NOMENCLATURA
1- Cada posición en un péptido se denomina residuo de aminoácido 2- Dependiendo del numero de residuos de aminoácidos tendremos: Dipéptido, tripeptido, polipeptido (+ de 10 residuos) 3- Los peptidos lineales de secuencia conocida se nombran comenzando por el N-terminal (amino terminal) y utilizando las abreviaturas o letras de codigos que identifican los aminoacidos N-terminal C-terminal Arg-Ala-Gly-Arg-Glu-Ala-Met-Lys La secuencia de residuos es el factor que determina la forma tridimensional global de la molécula y a su vez es la característica estructural que determina como funcionara esa molécula 1- La identidad de los aminoácidos presentes 2- Las cantidades relativas de cada aminoácido 3- El orden en que se conectan los residuos CARÁCTER UNICO DEL POLIPEPTIDO

34 Péptidos Carácter acido-base
Excepto los residuos terminales, los grupos carboxilos y aminos de los demás residuos están participando en el enlace peptídico. Así, el carácter iónico de un polipéptido depende de los grupos R ácidos y básicos presentes y son explotados en algunas técnicas de separación (Electroforesis) Los péptidos presentan curvas de titulación similares a los aminoácidos La solubilidad y las propiedades iónicas de una proteína estarán determinadas por la composición de sus aac

35 Péptidos Carácter acido-base Escriba las estructuras del tripéptido que se forma al unir asparagina (pK1= 2.02; pK2= 8.80), histidina (pK1= 1.82; pK2= 9.17; pKR= 6.00) y aspartato (pK1= 1.88; pK2= 9. 60; pKR= 3.65) mediante enlaces peptídicos. ¿Que estructura se espera a pH = 3 y a pH= 9?

36 Péptidos: caracteristicas
1- Los péptidos pueden distinguirse por su conducta de ionización Las propiedades ácido-base de un péptido pueden predecirse a partir de los grupos amino y carboxilo terminales como así también de la naturaleza y el numero de grupos ionizables en la cadena R 2- Los péptidos biológicamente activos y los polipéptidos pueden existir en un amplio rango de tamaños No se pueden hacer generalizaciones acerca del peso molecular de los péptidos y proteínas. Naturalmente existen péptidos que van desde dos a millones de residuos de aminoácidos

37 La función de una proteína depende de su secuencia de aminoácidos
Péptidos: características 3- Cada polipéptidos tiene una composición característica de aminoácidos La hidrólisis de los péptidos o proteínas con ácido da una mezcla de aminoácidos libres. Los 20 amino ácidos comunes nunca están en iguales cantidades en una proteína. La función de una proteína depende de su secuencia de aminoácidos

38 Péptidos: características
4- Algunas proteínas contienen otros grupos químicas además de los aminoácidos Proteínas Simples: solo contienen aminoácidos Proteínas Conjugadas: contienen no solo aminoácidos sino también otros componentes, por ejemplo: lipoproteínas, glicoproteina, etc. La parte no aminoácida de una proteína se denomina GRUPO PROSTETICO

39 5- Las proteínas existen en diferentes niveles de estructura.
Comúnmente se definen cuatro niveles de estructura: Estructura primaria: Identidad de los aminoácidos cantidad relativa de cada aminoácido secuencia aminoacidica Estructura secundaria: orientación geométrica de la cadena. Estructura terciaria: arquitectura tridimensional de la proteína, incluyendo la orientación de cualquier grupo prostético. Estructura cuaternaria: agregación no covalente de dos o mas cadenas polipeptídicas

40 ESTRUCTURA PRIMARIA

41 Estructura primaria Secuenciación de aminoácidos
D. Watson y F. Crick dedujeron la estructura de doble hélice de DNA y propusieron la estructura base para su replicación En el mismo año Frederick Sanger elucido la secuencia de aminoácidos de un polipéptido de la hormona insulina La secuencia de aminoácidos de millones de proteínas de numerosas especies han sido determinadas usando los principios desarrollados por. Sin embargo estos métodos han sufrido muchísimas variaciones y mejoras

42 Técnicas generalmente utilizadas en Bioquímica
CROMATOGRAFIA Es una técnica de separación extraordinariamente versátil. Consta de dos fases (sólida, líquida o gas) una móvil una estacionaria, Las fases se mueven una con respecto de la otra manteniendo un contacto íntimo. La muestra se introduce en la fase móvil y los componentes de la muestra se distribuyen entre la fase estacionaria y la móvil estableciéndose numerosos equilibrios. El tipo de interacción depende del tipo de cromatografía de que se trate Los componentes de la mezcla a separar invierten un tiempo diferente en recorrer cada una de las fases, con lo que se produce la separación. Si un componente está la mayor parte del tiempo en la fase móvil el producto se mueve rápidamente, mientras que si se encuentra la mayor parte en la fase estacionaria, el producto queda retenido y su salida es mucho más lenta.

43 Cromatografía líquido-sólido
(capa fina) fase estacionaria sólida (gel de sílice o alúmina) sobre algún material tal como placas de vidrio, aluminio e incluso materiales plásticos. Las placas pueden prepararse en el laboratorio o adquirirse en el mercado. Entre otras cosas permite: * Determinar el grado de pureza de un compuesto * Comparar muestras * Realizar el seguimiento de una reacción

44 Revelador para cromatografia
Reacciones de los aminoácidos Los aminoácidos pueden dar reacciones características de los ácidos carboxílicos o de las aminas Reacción con ninhidrina Es un reactivo útil para detectar aminoácidos y determinar la concentración de sus soluciones. Es el hidrato de la tricetona cíclica que cuando reacciona con el aminoácido forma un colorante violeta. todos los -aminoacidos con un grupo amino primario producen el mismo colorante violeta y la intensidad del color es proporcional al aminoacido presente. (La prolina al tener un amino secundario forma un colorante amarillo) Revelador para cromatografia

45 Reacciones de los aminoácidos
Reacción con FDNB (1-fluoro-2,4-dinitrobenceno) Marca cuantitativamente los grupos amino en los aminoácidos y Péptidos. En solución ligeramente alcalina el FDNB reacciona con los -aminoacidos originando derivados amarillos 2,4-dinitrofenilados UTIL PARA DETERMINAR LA SECUENCIA DE AMINOACIDOS

46 Secuenciación de aminoácidos de una proteína en segmentos pequeños
Estructura primaria Secuenciación de aminoácidos de una proteína en segmentos pequeños Pasos: 1- La proteína es “cortada” en fragmentos especificos ya sea por metodos quimicos o enzimaticos. (la ruptura de los enlaces peptidicos debe ocurrir con ciero grado de especificidad) 2- Si estan presentes enlaces disulfuros deben romperse ya que interfieren en la secuenciacion. 3- Cada fragmento se purifica y se determina la secuencia por el método de Edman. 4- Finalmente se determina el orden de los fragmentos en la proteína original y se localizan los enlaces disulfuro.

47 Estructura primaria Ruptura de las cadenas polipeptidicas
Existen varios métodos. Enzimas, llamadas proteasas o peptidasas que catalizan la ruptura hidrolitica de los enlaces peptidicos Algunas proteasas cortan el enlace peptidico ayacente a un residuo de aminoácido en particular. Tripsina: enzima digestiva que cataliza la hidrólisis de los enlaces peptídicos internos que contienen un grupo carbonilo aportado por uno de los aminoácidos básicos con carga positiva (Lys o Arg) Bromuro de cianogeno: corta los enlaces peptídicos en los cuales el grupo carbonilo sea aportado por Metionina

48 Estructura primaria Ruptura de enlaces disulfuro
Ruptura de los enlaces disulfuros Cuando se trata la molécula con 2-mercaptoetanol (HSCH2CH2OH) se produce una reacción de reduccion del enlace disulfuro donde cada residuo de cistina se reduce a dos cisteinas y el 2-mercaptoetanol se oxida formando un disulfuro

49 Estructura primaria Secuenciación de aminoácidos de un polipeptido
Varios procedimientos se utilizan para analizar la estructura primaria de las proteínas. Sanger desarrollo un método que emplea el reactivo 1-fluoro-2,4- dinitrobenceno (FDNB), además existen otros reactivos usados para determinar el residuo amino-terminal: cloruro de dansilo y cloruro de dabsilo, dando derivados mas fácilmente detectables que los que se obtienen a partir de FDNB Después de marcar el residuo el polipéptido es hidrolizado y se identifican los aminoácidos constituyentes Como la hidrólisis destruye el polipéptido el procedimiento no puede aplicarse para determinar la secuencia del polipéptido

50 Estructura primaria: polipéptidos cortos
Método de Sanger: reacción con FDNB formación de 2,4-dinitrofenilderivados, identificación del grupo amino terminal

51 Estructura primaria: Método de Edman
El método de degradación de Edman marca y separa únicamente el residuo amino-terminal dejando el resto del péptido intacto. El amino terminal reacciona con fenilisotiocianato bajo condiciones suavemente alcalinas convirtiéndose en un aducto y cortándose el enlace peptídico próximo y comienza nuevamente el ciclo con un nuevo amino terminal La eficiencia en la secuenciacion depende de la precisión de cada uno de los pasos individuales

52 Glutamato (E) es el amino terminal
El polipéptido tiene 38 residuos de aminoácidos. Tripsina cortara tres veces (1 para Arg (R) y dos para Lys (K) dando 4 fragmentos. El bromuro de cianógeno cortara dos Metionina (M) dando tres fragmentos Glutamato (E) es el amino terminal Secuenciación

53 Glutamato (E) es el amino terminal
El polipéptido tiene 38 residuos de aminoácidos. Tripsina cortara tres veces (1 para Arg (R) y dos para Lys (K) dando 4 fragmentos. El bromuro de cianógeno cortara dos Metionina (M) dando tres fragmentos Glutamato (E) es el amino terminal Secuenciación

54 Glutamato (E) es el amino terminal
El polipéptido tiene 38 residuos de aminoácidos. Tripsina cortara tres veces (1 para Arg (R) y dos para Lys (K) dando 4 fragmentos. El bromuro de cianógeno cortara dos Metionina (M) dando tres fragmentos Glutamato (E) es el amino terminal Secuenciación Contiene el grupo amino terminal porque comienza con E Contiene el grupo carboxilo terminal porque no termina con R (Arg) o K (Lys)

55 Glutamato (E) es el amino terminal
El polipéptido tiene 38 residuos de aminoácidos. Tripsina cortara tres veces (1 para Arg (R) y dos para Lys (K) dando 4 fragmentos. El bromuro de cianógeno cortara dos Metionina (M) dando tres fragmentos Glutamato (E) es el amino terminal Secuenciación Contiene el grupo amino terminal porque comienza con E Contiene el grupo carboxilo terminal porque no termina con R (Arg) o K (Lys)

56 Cromatografia intercambio ionico
El polipéptido tiene 38 residuos de aminoácidos. Tripsina cortara tres veces (1 para Arg (R) y dos para Lys (K) dando 4 fragmentos. El bromuro de cianógeno cortara dos Metionina (M) dando tres fragmentos Cromatografia intercambio ionico Glutamato (E) es el amino terminal Cromatografia Contiene el grupo amino terminal porque comienza con E Contiene el grupo carboxilo terminal porque termina con R (Arg) o K (Lys)

57 ESTRUCTURA SECUNDARIA

58 La estructura secundaria de una proteína es la que adopta espacialmente. Existen ciertas estructuras repetitivas encontradas en las proteínas que permiten clasificarlas en dos tipos: hélice alfa y lámina beta. Una hélice alfa es una apretada hélice formada por una cadena polipeptídica. La cadena polipetídica principal forma la estructura central, y las cadenas laterales se proyectan hacia el exterior. El grupo carbonílo (CO) de un aminoácido n se une por puente hidrógeno al grupo amino (NH) de otro aminoácido que está tres residuos mas allá ( n + 4 ). De esta manera cada grupo CO y NH de la estructura central (columna vertebral) se encuentra unido por puente hidrógeno. Existen tres modelos de alfa hélice. El primero muestra solo al carbono alfa de cada aminoácido. El segundo muestra todos los átomos que forman la columna vertebral del polipéptido .

59 HÉLICE ALFA  El tercero y mas completo modelo, muestra todos los puentes hidrógeno que mantienen la alfa-hélice. Las hélices generalmente están formadas por aminoácidos hidrófobos, en razón que son, generalmente, la máxima atracción posible entre dichos aminoácidos. Las hélices se observan, en variada extensión, prácticamente en todas las proteínas.

60 Láminas beta Es mas extendida que la cornformacion anterior En esta conformacion la cadena se extiende una al costado de la otra formando lo que se conoce como laminas plegadas (en forma de zigzag) Los enlaces puente hidrogeno se forman entre segmentos adyacentes de los polipeptidos Pueden ser paralelas o antiparalelas.

61 Láminas beta

62 Provoca una torsión en la cadena polipeptídica
Estructura secundaria de las proteinas Existe un tipo especial de modelo molecular para resaltar la estructura secundaria de las proteínas.  Este tipo de modelo de proteína representa los segmentos de lámina-beta como cintas en flecha (y las alfa hélices como cintas en espiral. No existe una proteína donde haya solo un tipo de estructura secundaria Provoca una torsión en la cadena polipeptídica

63 ESTRUCTURA TERCIARIA

64 Existen en general dos tipos de estructuras terciarias básicas:
La estructura terciaria es la estructura plegada y completa en tres dimensiones de la cadena polipeptídica A diferencia de la estructura secundaria, la estructura terciaria de la mayor parte de las proteínas es específica de cada molécula, además, determina su función. Existen en general dos tipos de estructuras terciarias básicas: proteínas fibrosas, largas con cadenas polipeptídicas que se extienden y no se doblan insolubles en agua, como la alfa queratina (pelo) o el colágeno proteínas globulares, son cadenas polipeptídicas dobladas en forma compacta solubles en agua. Llevan a cabo numerosas funciones biológicas: enzimas, proteínas transportadoras, reguladoras, immunoglobulinas colágeno mioglobina

65 ESTRUCTURA CUATERNARIA
Solo está presente si hay mas de una cadena polipeptídica. Con varias cadenas polipeptídicas, la estructura cuaternaria representa su interconexión y organización. Las fuerzas que las mantienen unidas son fundamentalmente puentes hidrogeno y atracciones electrostáticas Resultan de la presencia de ciertos aminoácidos en posiciones definidas. Cambios en la secuencia de aminoácidos pueden causar profundas modificaciones estructurales

66 Desnaturalización de las proteínas
Proceso (reversible o irreversible) por el cual una proteina pierde la conformación. Involucra la ruptura de las uniones y fuerzas que mantienen unidas las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias. La molécula tiende a desdoblarse y desenrollarse perdiendo su actividad biológica Agentes desnaturalizantes Calor radiaciones congelamiento presiones elevadas - etc Ejemplo Permanentes coagulación de la proteína de huevo

67 Proteínas FUNCIONES BIOLOGICAS DE LAS PROTEINAS TRANSPORTE ENZIMÁTICA
catalizadores ESTRUCTURAL citoesqueleto de las células REGULADORA se unen al ADN y de esta forma controlan la trascripción génica. HORMONAL RESERVA MOVIMIENTO contracción del músculo (actina y miosina) cilios y flagelos en las celulas DEFENSA reconocer moléculas u organismos extraños y se unen a ellos para facilitar su destrucción por las células del sistema inmunitario ovoalbúmina de la clara de huevo, la lactoalbúmina de la leche